1.Science：重大進展!首次利用定製細胞器讓細胞產生新的功能

doi:10.1126/science.aaw2644

在一項新的研究中，德國研究人員首次通過基因改造將複雜的生物學翻譯過程導入到活的哺乳動物細胞中的定製細胞器(designer organelle)內。他們利用這種技術構建出一種無膜細胞器，這種無膜細胞器可利用天然的和合成的氨基酸產生具有新功能的蛋白。他們的研究結果使得科學家們能夠更詳細地研究、調整和控製細胞功能。相關研究結果發表在2019年3月29日的Science期刊上，論文標題為“Designer membraneless organelles enable codon reassignment of selected mRNAs in eukaryotes”。

在進化過程中，由於能夠將細胞過程分選到特定的熱點，新細胞器的產生使得細胞和有機體變得更加複雜。論文共同第一作者Christopher Reinkemeier解釋道，“我們的工具可用於對蛋白翻譯進行改造，但也可能對諸如轉錄和翻譯後修飾之類的其他細胞過程進行改造。這可能允許我們設計出新類型的細胞器，從而擴展天然的複雜生命係統的功能庫。比如，我們可能整入熒光構成單元(building block)，這就可使用成像方法對細胞內部進行觀察。”

論文共同第一作者Christopher Reinkemeier說道，“這種無膜細胞器可以通過使用合成的非經典氨基酸製造蛋白。相比於天然存在的20種氨基酸，目前我們已知道300多種不同的非經典氨基酸。我們不再局限於天然的氨基酸。我們引入的新穎性是能夠在狹小的空間中使用這種細胞器，從而最大限度地減少對宿主的影響。”

2.Science：利用一種新的工具來繪製豐富的細胞和組織功能圖譜

doi:10.1126/science.aaw1219; doi:10.1101/563395

在一項新的研究中，來自美國布羅德研究所的研究人員開發出的一種新的技術讓人們對組織中的細胞組成(cellular organization)有了前所未有的了解。這種稱為Slide-seq的方法利用基因測序來繪製詳細的三維組織圖譜，不僅揭示出組織中存在哪些細胞類型，而且還揭示出它們所處的位置和它們正在做什麼。Slide-seq方法是在布羅德研究所研究員Evan Macosko和Fei Chen的實驗室中開發出來的。相關研究結果發表在2019年3月29日的Science期刊上，論文標題為“Slide-seq: A scalable technology for measuring genome-wide expression at high spatial resolution”。

鑒於這種技術並不需要專門的成像設備，因此它可被生物學、遺傳學和醫學等多個領域的科學家使用，這是因為他們想要研究組織中的細胞結構，或者觀察特定基因在組織、器官和甚至整個有機體中有活性時所處的位置。這樣的平台讓人們對組織中的細胞結構、基因在不同組織所起的作用以及損傷或其他擾動對組織的影響有了前所未有的了解，從而為科學家們提供了前所未有的豐富的組織功能圖譜。

3.Science：細菌或會與病毒“狼狽為奸” 共同引發慢性傷口感染

doi:10.1126/science.aat9691

近日，一項刊登在國際雜誌Science上的研究報告中，來自斯坦福大學醫學中心的科學家們通過研究發現，常見的致病菌銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)或會產生一種病毒從而大大增加病原體感染人類機體的能力，銅綠假單胞菌能對其駐留的病毒進行武裝，從而利用機體免疫係統對細菌和病毒感染的獨特反應。

文章中，研究者觀察到噬菌體誘導免疫係統產生抗病毒反應的過程，當研究者開發針對病毒感染的疫苗時他們發現，這同時也會大大降低細菌感染小鼠傷口的能力。

銅綠假單胞菌常會被名為Pf的噬菌體感染，這項研究中，研究者發現，Pf在被銅綠假單胞菌感染的傷口中非常常見，研究者對111名微生物感染傷口未愈合的患者進行分析發現，其中37名患者感染了銅綠假單胞菌，而且在銅綠假單胞菌感染的患者傷口中有三分之二都攜帶有Pf噬菌體。為了證明Pf能夠促進細菌感染而不是與細菌共存，研究者在小鼠的傷口中接種了攜帶或不攜帶Pf的銅綠假單胞菌，隨後他們觀察兩種不同情況下細菌建立傷口感染的能力，結果表明，如果缺少Pf的話，建立傷口感染的可靠細菌感染劑量是攜帶Pf的50倍。

隨後研究者想觀察Pf到底如何與免疫細胞相互作用來影響銅綠假單胞菌引發持續性的感染，在實驗室的培養皿中研究者發現，細菌中Pf的存在能夠降低10倍被小鼠或人類吞噬細胞所吞噬的入侵細菌的數量，即免疫細胞吞噬並且消化入侵的細菌。研究者表示，噬菌體的遺傳物質會誘發吞噬細胞的分子檢測器激活，從而控製免疫係統產生抗病毒及抗細菌反應。

4.Science：鉀離子影響T細胞的抗腫瘤免疫反應

doi:10.1126/science.aau0135; doi:10.1126/science.aaw8800

T淋巴細胞是強大的免疫細胞，可以摧毀腫瘤，但是癌症已產生了逃避殺傷的技巧。Vodnala等人發現腫瘤微環境中的鉀離子起著影響T細胞效應功能和幹性(stemness)的雙重作用。 鉀離子的增加會損害T細胞代謝和營養物攝取，從而導致它們進入一種稱為自噬的饑餓狀態。增加的鉀離子還能夠保持T細胞處於幹細胞樣狀態(stem-like state)，在這種狀態下，它們保持分裂的能力。這些看似不同的過程與乙酰輔酶A的細胞分布有關，當加以操縱時，乙酰輔酶A能夠恢複人T細胞消除小鼠體內腫瘤的能力。

5.Science：探究膜蛋白的精確包裝

doi:10.1126/science.aav7541

雖然非極性氨基酸側鏈在膜蛋白中高效地包裝，但是人們很難確定這對膜蛋白穩定性的貢獻程度。人工設計的膜蛋白很大程度上依賴於其他的穩定化相互作用，比如金屬-配體相互作用和氫鍵。Mravic等人揭示了天然蛋白受磷蛋白(phospholamban)折疊背後的空間包裝代碼，他們用它來設計出穩定的具有非極性界麵的膜蛋白。他們認為非極性氨基酸殘基的包裝在許多膜蛋白的折疊和穩定性中起作用。

6.Science：跨界的人類活動影響破壞了塞倫蓋蒂-馬拉生態係統

doi:10.1126/science.aav0564

保護區是保護生物多樣性和生態係統功能的重要工具。但是這些地區能夠承受周圍環境中人類活動的壓力嗎?Veldhuis等人研究了東非塞倫蓋提-馬拉(Serengeti-Mara)生態係統的長期數據。邊界地區的人類活動導致動物集中在保護區的核心，這最終降低土壤碳儲存和固氮率，並增加對極端幹旱的脆弱性。許多(如果不是全部的話)大型保護區都可能存在類似的模式。

7.兩篇Science探究大腦中的獎勵和內嗅圖譜

doi:10.1126/science.aav4837; doi:10.1126/science.aav5297; doi:10.1126/science.aaw8829

最近的研究結果表明網格細胞(grid cell)在大腦中的作用比簡單地編碼空間更為複雜。負責編碼空間信息的內嗅皮層(entorhinal cortex)中的網格圖譜並不像最初想象的那樣嚴格，並且能夠因環境修複而發生扭曲。Butler等人比較了大鼠在自由覓食任務期間和空間記憶任務期間的網格細胞編碼。 他們發現內嗅空間圖譜發生重組以便把學習到的獎勵的位置寫入進去。Boccara等人測試了行為相關信息對大鼠內側內嗅皮層中因網格細胞放電而產生的認知圖譜的影響。他們發現網格細胞參與了目標所在位置而不是整個環境的神經編碼。

8.Science：人類的影響降低了黑猩猩的行為多樣性

doi:10.1126/science.aau4532

我們經常根據減少的個體數量或物種不存在的區域數量來判斷對動物物種產生的負麵的人類影響。然而，人類活動可能以比這些數字所能捕獲的更複雜的方式影響物種。 Kühl等人研究了與我們親緣關係最為接近的黑猩猩的行為和文化多樣性。他們發現人類介導的擾亂正在減少這些複雜的特征。因此，人類的影響遠遠超出了種群或物種的簡單減少，即便在種群持續存在的情況下也會導致行為改變。

9.Science：通過引入一種藍光反應性的離子通道增加植物氣孔的開啟和關閉速率

doi:10.1126/science.aaw0046

植物的細胞代謝迅速適應光照條件的變化，但是它的氣孔(stomata)---允許氣體在葉子中交換的孔---反應較慢。由於滯後的反應，光合作用效率較低，並且通過開放的氣孔損失了過量的水。Papanatsiou等人將一種藍光反應性的離子通道引入到小芥菜植物擬南芥的氣孔中。 在光照條件下，這種離子通道增加了氣孔的開啟和關閉速率。這些經過基因改造的植物產生更多的生物量，特別是在室外生長的典型波動光條件下。

10.Science：蛙壺菌導致災難性的和持續性的生物多樣性喪失

doi:10.1126/science.aav0379; doi:10.1126/science.aax0002

疾病的快速傳播是我們相互聯係的世界所麵臨的一種危險。大約20年前，兩棲動物群體中發現了壺菌真菌---蛙壺菌(Batrachochytrium dendrobatidis)，它已在全球範圍內造成死亡和物種滅絕。 Scheele等人發現這種真菌在除了它在亞洲的起源地之外的地區導致了兩棲動物種群的減少。大多數物種和種群仍在下降，但有證據表明某些物種出現了有限的恢複。這一分析還提出了一些預測恢複力的條件。